Το ορατό φως, το οποίο ταξιδεύει με ζάλη 186.282 μίλια το δευτερόλεπτο μέσω του διαστήματος, είναι μόνο ένα μέρος του ευρέος φάσματος του φωτός, το οποίο περιλαμβάνει όλη την ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία. Μπορούμε να εντοπίσουμε το ορατό φως λόγω των κυττάρων σε σχήμα κώνου στα μάτια μας που είναι ευαίσθητα στα μήκη κύματος ορισμένων μορφών φωτός. Άλλες μορφές φωτός είναι αόρατες για τον άνθρωπο, επειδή τα μήκη κύματος τους είναι είτε πολύ μικρά είτε πολύ μεγάλα για να εντοπιστούν από τα μάτια μας.
Η κρυφή φύση του λευκού φωτός
Αυτό που ονομάζουμε λευκό φως δεν είναι καθόλου χρώμα, αλλά ολόκληρο το πλήρες φάσμα του ορατού φωτός. Για το μεγαλύτερο μέρος της ανθρώπινης ιστορίας, η φύση του λευκού φωτός ήταν εντελώς άγνωστη. Μόλις το 1660 ο Sir Isaac Newton ανακάλυψε την αλήθεια πίσω από το λευκό φως χρησιμοποιώντας πρίσματα - τριγωνικές ράβδοι από γυαλί - για να σπάσει το φως σε όλα τα διαφορετικά χρώματα και στη συνέχεια να τα συναρμολογήσει ξανά πάλι.
Όταν το λευκό φως περνάει από ένα πρίσμα, τα συστατικά του χρώματα διαχωρίζονται, αποκαλύπτοντας κόκκινο, πορτοκαλί, κίτρινο, πράσινο, μπλε, λουλακί και βιολετί. Αυτό είναι το ίδιο αποτέλεσμα που βλέπετε όταν το φως περνά μέσα από σταγονίδια νερού, δημιουργώντας ένα ουράνιο τόξο στον ουρανό. Όταν αυτά τα διαχωρισμένα χρώματα λάμπουν μέσα από ένα δεύτερο πρίσμα, επαναφέρονται μαζί για να σχηματίσουν μια ενιαία δέσμη λευκού φωτός.
Το Φάσμα Φωτός
Το λευκό φως και όλα τα χρώματα του ουράνιου τόξου αντιπροσωπεύουν ένα μικρό μέρος του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος, αλλά είναι οι μόνες μορφές φωτός που μπορούμε να δούμε λόγω του μήκους κύματος τους. Οι άνθρωποι μπορούν να ανιχνεύσουν μόνο μήκη κύματος μεταξύ 380 και 700 νανόμετρων. Το βιολετί έχει το μικρότερο μήκος κύματος που μπορούμε να δούμε, ενώ το κόκκινο έχει το μεγαλύτερο.
Αν και συνήθως δεν ονομάζουμε άλλες μορφές φωτός ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας, υπάρχει μικρή διαφορά μεταξύ τους. Το υπέρυθρο φως είναι λίγο έξω από το όραμά μας με μήκος κύματος μεγαλύτερο από το κόκκινο φως. Μόνο με όργανα όπως γυαλιά νυχτερινής όρασης μπορούμε να ανιχνεύσουμε το υπέρυθρο φως που παράγεται από το δέρμα μας και άλλα αντικείμενα που εκπέμπουν θερμότητα. Στην άλλη πλευρά του ορατού φάσματος, μικρότερα από τα κύματα του ιώδους φωτός είναι το υπεριώδες φως, οι ακτίνες Χ και οι ακτίνες γάμμα.
Ελαφρύ χρώμα και ενέργεια
Το ανοιχτό χρώμα συνήθως καθορίζεται από την ενέργεια που παράγεται από την πηγή που την εκπέμπει. Όσο πιο ζεστό είναι ένα αντικείμενο, τόσο περισσότερη ενέργεια εκπέμπει, με αποτέλεσμα το φως με μικρότερα μήκη κύματος. Ψυχρότερα αντικείμενα δημιουργούν φως με μεγαλύτερα μήκη κύματος. Για παράδειγμα, αν εκτοξεύσετε ένα καυστήρα, θα διαπιστώσετε ότι η φλόγα της είναι κόκκινη στην αρχή, αλλά καθώς το ανεβάζετε, το χρώμα γίνεται μπλε.
Ομοίως, τα αστέρια εκπέμπουν διαφορετικά χρώματα φωτός λόγω της θερμοκρασίας τους. Η επιφάνεια του ήλιου έχει θερμοκρασία περίπου 5.500 βαθμούς Κελσίου, με αποτέλεσμα να εκπέμπει κιτρινωπό φως. Ένα αστέρι με ψυχρότερη θερμοκρασία 3.000 C, όπως η Betelgeuse, εκπέμπει κόκκινο φως. Τα θερμότερα αστέρια όπως το Rigel, με θερμοκρασία επιφάνειας 12.000 C, εκπέμπουν μπλε φως.
Η Διπλή Φύση του Φωτός
Πειράματα με φως στις αρχές του 20ου αιώνα αποκάλυψαν ότι το φως είχε δύο φύσεις. Τα περισσότερα πειράματα έδειξαν ότι το φως συμπεριφερόταν ως κύμα. Για παράδειγμα, όταν λάμπει φως μέσα από μια πολύ στενή σχισμή, επεκτείνεται όπως το κύμα. Σε ένα άλλο πείραμα, ωστόσο, ονομάζεται φωτοηλεκτρικό φαινόμενο, όταν λάμπει ιώδες φως στο μέταλλο νατρίου, το μέταλλο εκτοξεύει ηλεκτρόνια, υποδηλώνοντας ότι το φως είναι φτιαγμένο από σωματίδια που ονομάζονται φωτόνια.
Στην πραγματικότητα, το φως συμπεριφέρεται τόσο ως σωματίδιο όσο και ως κύμα και φαίνεται να αλλάζει τη φύση του με βάση το πείραμα που διεξάγετε. Στο πλέον διάσημο πείραμα δύο σχισμών, όταν το φως συναντά δύο σχισμές σε ένα μόνο φράγμα, συμπεριφέρεται ως σωματίδιο όταν ψάχνετε σωματίδια, αλλά συμπεριφέρεται επίσης ως κύμα αν ψάχνετε κυματιστά.